今天醫療保健單元，邀請老朋友、來到空中，陽明大學神經藥理所兼任教授 潘懷宗來到空中，進行一個月一次的醫療新知單元，本集主題為《含有幹細胞的海藻膠囊有助於修復心臟損傷》
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◎含有幹細胞的海藻膠囊有助於修復心臟損傷
我們成年人的心臟肌肉再生能力非常低，如果損傷後(例如心肌缺氧/缺血)，不論是失去功能或者是死亡，都很難自行修復，而原來心臟細胞的空白位置就會被纖維母細胞佔據，變成心臟纖維化，造成心臟無力，這是心臟病人死亡的主要原因之一，換心是一種治療方法，但來源相當的少，很多人等不到一顆心臟就去世了，如果能夠讓它自行修復或再生，那就真是再好不過了。目前台灣人的十大死因中，第二名就是心臟病，不容小覷。
2020年9月14日英國《每日郵報》記者哈根先生(Pat Hagan)報導了一種由海藻膠(Alginate)製成並裝有幹細胞的微小膠囊，可以作為心臟肌肉受損後的治療方法。膠囊大約為一顆米粒的大小，研究人員通過胸部側面的切口將其植入老鼠的心臟肌肉內。膠囊裡面含有30,000個骨髓間質幹細胞(mesenchymal stem cells)，會持續分泌出許多生長因子，這些生長因子可以啟動心肌修復和再生的過程，大幅度恢復心臟功能，這項研究成果已經發表在《生物材料科學》(Biomaterials Science 2020 Sep 15; 8(18): 5061-5070)雜誌上。
眾所皆知，許多人心肌梗塞(heart attack)急救回來後，發現心肌受損嚴重，導致心臟無力(或叫心臟衰竭；heart failure)，而這顆弱化的、肌肉受損的、無力的心臟因為無法有效地將血液推向全身，所以會造成身體各個器官組織產生缺血和缺氧的現象，造成呼吸喘、呼吸困難、疲倦無力、食慾不振、 四肢冰冷、下肢水腫等等的臨床症狀，甚至有心臟肥大和肝腫大的情形。在英國，心臟衰竭每年導致超過100,000人死亡。成年人口中大約有1-2%的心衰竭病患，其中超過70歲以上的老人更高達十分之一罹患心衰竭。心衰竭的病患5年的死亡率高達四成至五成，比許多癌症還糟。更多的人生活在令人沮喪的症狀中，例如呼吸困難和精疲力竭，連出個門都沒有辦法，生活毫無品質可言。
目前醫學界對於心臟衰竭的治療方法包括藥物治療以及改變生活型態方式藉以減輕心臟負擔，這些藥物可以降低死亡率改善部分心臟功能，但這些藥物並不能讓原本所造成的心肌損害復原回來。所以醫學界一直期望能讓心肌再生，恢復正常的心臟功能。十幾年來，幹細胞治療一直是科學家們努力的方向。幹細胞有很多不同的來源可以得到，骨髓是常常被提到的一個重要來源，強烈的證據指出在骨髓間質 (Bone marrow stroma) 存在有組織特異的幹細胞 (tissue-specific stem cell)。科學家已經了解到，必須直接把這種間質幹細胞送進受損的心肌部位(若選擇注射入血管，不論是靜脈或動脈，效果都很差，只有少部分的幹細胞會到達心臟受損部位)，才有可能促進新的心臟肌肉再生。但即便是如此，科學家們的諸多嘗試仍都以失敗告終。失敗的慘痛經驗，發現了兩個重要原因。第一是這些幹細胞會被免疫系統所破壞，因為它們不是心臟內原有的物質而予以攻擊，通常植入幾小時後，就只剩下不到1%。第二則是幹細胞就算直接放進心臟受損部位，它也不願意好好待著，反而會從受損區域跑到身體的其他各部位去，造成效果不彰。這次研究人員使用的海藻膠膠囊，既可以將細胞拘留在心臟受損部位內，不能夠亂跑。同時又可以保護它們不會受到免疫系統的攻擊(14天後仍然在膠囊內存活著)，可說是一箭雙鵰，效果非常好，所以受到媒體的大篇幅報導。
海藻裡面富含海藻膠(alginate)，本身就具有高度的生物相容性，不會觸發免疫系統的攻擊。當它被科學家簡單修飾後，可以形成凝膠狀的膠囊，保護幹細胞。同時膠囊外部具有多孔膜，可以讓幹細胞所分泌的各式各樣生長因子從孔洞中持續釋放出來，促進心肌再生。這顆膠囊直徑僅為1.5毫米，是由美國德克薩斯州休斯頓市的萊斯大學生物工程學系維瑟教授(Omid Veiseh)和貝勒醫學院外科部加塔醫生(Ravi K. Ghanta)所共同研發出來的。
加塔醫生將模擬心肌梗塞後的老鼠分成三組，每組老鼠的心包囊(the pericardial sac)內分別植入三種不同的東西，第一組老鼠是直入含有幹細胞的海藻膠膠囊，第二組是植入不含任何東西的海藻膠膠囊(控制組)，第三是直接植入完全沒有保護的幹細胞。首先，利用螢光追蹤先確定膠囊內的幹細胞能夠存活並在心臟中定位14天。在模擬心肌梗塞後的第28天，第一組老鼠的心室功能(ventricular function)和心肌纖維化情形(fibrosis)都和第二組和第三組進行了比較。第一組老鼠有41％的心臟打出血液的分數得到了顯著改善(ejection fraction scores)和控制組比較。但是當研究人員只植入幹細胞(第三組)而不將其放入海藻膠膠囊內來保護時，就只會有16％的老鼠心臟出現了改善，也就是說，幹細胞膠囊組老鼠的心室功能復原的機會比起直接植入幹細胞組要高出約2.5倍，相當驚人。另外，幹細胞膠囊組老鼠的心肌纖維化的情形比起控制組也大幅度減少了2/3。而直接注射幹細胞組在心肌纖維化上則完全沒有改善的效果。結論顯示海藻膠膠囊包裹幹細胞可以維持幹細胞存活，進而增強心臟復原與再生，有很好的治療效果。
英國心臟基金會副醫學主任皮爾森教授（Jeremy Pearson）接受記者訪問時表示，用幹細胞修復受損的心臟一直是醫學界十多年來的願望，但是到目前為止，這項努力的成果還遙遙無期。而海藻膠膠囊看起來確實是朝正確方向邁出的第一步，值得嘉許。未來人體研究的結果值得期待。
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